1950年特雷特納( Tretner)發明了一種線振質譜計,它也是一種純電場的質譜分析儀器。儀器探頭的尺寸較小和電離規管相仿,可用來監測壓力的快變化過程。
儀器的工作原理如圖12-31所示。由陰極K發射的電子(發射的電子流的強度受控制極W所控制),將柵狀端電極A內部的氣體分子電離。生成的離子被拋韌線狀的電位阱所加速,沿分析場軸線作往返的直線振蕩運動。離子在阱內振蕩的頻率與其質荷比的關系為
式中 UO-電位阱的z*大直流電位;
K-和阱長度有關的結構常數;
m /e-質荷比。
如果在電極A上施加一個調制電壓,其頻率等于某種離子在阱內的振蕩頻率時,這種離子就處于共振狀態。每次振蕩中,都有新的離子加入到共振離子團中去。因此,這種同步離子團的電荷量會逐漸增加到某一平衡值,并在信號電極上圖12-31線振質譜計原理圖產生位移電流J,輸出強度相當于某種氣體組分分壓的感應信號。分析場中的非共振離子,經過幾次振蕩形成空間電荷,但它不能輸出感應信號,僅能以噪聲的形式存在,其強度約占共振離子強度的3%0在這種傳統工作方式的儀器中,質量掃描是改變射頻電壓的頻率來實現的。
1962年特雷特納從與光學系統相應的觀點出發,對線振質譜計作了更詳細的理論分析,推導出儀器的分辨本領表達式為
式中L——電位阱的長度
rz*大——共振離子團斷面的z*大半徑。
德國Leybold公司的商品——Larvitron的性能指標:質量范圍為2u—250u,分辨本領約為20;靈敏度常數為2.3×10^-4 1/Pa;工作壓力范圍10^-2Pa—10^-7Pa;頻率范圍為0.5H~1. 7H;發射電流為0.5mA~10mA;探頭長100mm,直徑25mm;質量和頻率的關系為f廠m= 2.5Hz。蘇聯也生產了兩種型號的線振質譜計。一種AMH-1C型線振質譜計,其指標為:質量范圍2u—250u,工作壓力范圍10^-2Pa—l0^-6Pa,分辨本領(50%峰高)10~20;另一種儀器AⅡ皿II-2型線振質譜計,其指標為:質量范圍2u—200u,工作壓力范圍10 - 3Pa—l0-7Pa,分辨本領(10%峰高)15~25,分辨本領(50%峰高)25~40。
托伊布納( Teubner)在1964年提出了線振質譜計的另一種工作方式,即周期地改變電位阱的幅值,固定調制電壓的頻率(使離子的聚焦條件保持不變),以保證信號的選擇放大。和傳統的工作方式相比,這種方式的憂點是:排除了非共振離子的干擾;消除了諧波峰;增加了輸出信號的線性范圍。其缺點為:為了在分析器中形成所需的電場,必須采用大幅值的排斥脈沖,使實現定量分析更為困難。
邁耶( Meyer)在1974年提出了一種消除線振質譜計非共振離子空間電荷、提高儀器的靈敏度和分辨本領的新方法。這種儀器采用了17片雙曲面電極代替圓筒電極,電極片是按傳統四極質譜儀器的供電方式供電的(圖12-32),每片電極由分壓器分壓供電(圖12-33)。分析場坐標X、y、Z處的電位為
式中 r0-雙曲面電極的內切圓半徑;
Uo-電位阱的z*大直流電位;
L-電位阱長度;
U-四極場直流電壓;
V-四極場的交流電壓幅值;
w——四極場交流電壓的角頻率。
當離子在電極組的一端生成后,動能為零的離子沿Z軸方向作簡諧振蕩,此時只有那些滿足馬蒂安( Mathieu)方程穩定解的離子才能留在分析場內,非共振離子則因軌道不穩定而消失,從而使分析場能貯存較多的共振離子,以改善線振質譜計的靈敏度和分辨本領。